一种超声波管道检测系统装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种超声波探测装置，尤其涉及的是一种超声波管道检测系统装置。


背景技术：

2.目前，国内金属材料和非金属材料管道检测大多采用超声波技术，超声波能在不损害管道使用性能的前提下，检测管道中是否缺陷、破损和混接等情况，并给出对应现象的大小、位置和性质等信息。现有的市政管道种类众多，涉及污水管道、给排水管道、燃气管道、热力管道等，使用的超声波检测设备大多都是通过多探头组合或机械转动的方式实现环形立体3d检测，这种设备体积大、效率低、成本高，再加上信号传输方式的不同会影响单次检测的距离，使得超声波检测设备无法得到广泛的应用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种超声波管道检测系统装置，以克服现有技术中超声波探测管道技术存在缺陷的技术问题。
4.本实用新型提供一种超声波管道检测系统装置，包括超声波探测器，所述超声波探测器的组成包括圆柱形外壳和固定安装在圆柱形外壳底部的半圆形外壳，所述圆柱形外壳内由上而下依次安装有电子仓、第一吸音材料层、环形超声波换能器、第二吸音材料层和半圆形超声波换能器，所述电子仓内固定安装有超声波主板，所述超声波主板依次连接有第一电力载波单元、环形超声波单元和半圆形超声波单元，所述环形超声波单元的组成包括第一脉冲调制电路、第一信号放大电路、第一发射接收阵列切换电路、第一滤波处理电路、第一adc单元、第一dma单元和第一sram单元，所述第一脉冲调制电路和第一dma单元分别与超声波主板连接，所述第一脉冲调制电路通过第一信号放大电路与第一发射接收阵列切换电路连接，所述第一dma单元还与第一adc单元和第一sram单元分别连接，且第一adc单元通过第一滤波处理电路与第一发射接收阵列切换电路连接，所述半圆形超声波单元的组成包括第二脉冲调制电路、第二信号放大电路、第二发射接收阵列切换电路、第二滤波处理电路、第二adc单元、第二dma单元和第二sram单元，所述第二脉冲调制电路和第二dma单元分别与超声波主板连接，所述第二脉冲调制电路通过第二信号放大电路与第二发射接收阵列切换电路连接，所述第二dma单元还与第二adc单元和第二sram单元分别连接，且第二adc单元通过第二滤波处理电路与第二发射接收阵列切换电路连接，所述环形超声波换能器具体为由多个压电晶片等间距旋转分布形成的环形超声阵列探头结构，且环形超声阵列探头与第一发射接收阵列切换电路连接，所述半圆形超声波换能器具体为由多个压电晶片等间距二维排列在平面上形成的2d超声阵列探头结构，且2d超声阵列探头与第二发射接收阵列切换电路连接。
5.进一步，所述超声波探测器的顶端固定安装有底端与第一电力载波单元连接的抗拉电缆线，且抗拉电缆线的顶端依次穿过h型导向固定架和绕线器后与前端主机连接，且绕
线器也与前端主机连接。
6.进一步，所述前端主机的组成包括控制主板和第二电力载波单元，且绕线器和第二电力载波单元分别与控制主板连接，所述抗拉电缆线的顶端与第二电力载波单元连接。
7.进一步，所述控制主板还连接有无线路由单元，并通过无线路由单元与外部控制器连接。
8.进一步，所述超声波主板还连接有存储单元、三轴姿态传感器和gis模块。
9.进一步，所述控制主板还通过电池管理单元与锂电池连接。
10.进一步，所述控制主板还连接有外设接口。
11.进一步，所述h型导向固定架具体由中部横杆、两端可伸缩的伸缩杆和多个连杆构成，两个伸缩杆的中部通过中部横杆连接，且两个伸缩杆中处于同侧的伸缩节之间通过连杆连接，中部横杆上套设有滑轮，且滑轮上安装有可锁定其与中部横杆相对位置的锁定螺栓，抗拉电缆线通过滑轮与绕线器连接。
12.进一步，每个伸缩杆的两端上分别安装有一个锁紧件，且锁紧件具体由u型板和锁紧螺栓构成，u型板的顶端与对应伸缩杆的端部固定连接，其一侧臂上螺纹连接有锁紧螺栓。
13.进一步，所述超声波主板和控制主板均具体为stm32嵌入式arm芯片。
14.本实用新型具有如下有益效果：
15.本实用新型提供的一种超声波管道检测系统装置，其具有如下有益效果：
16.1、通过设置环形超声波换能器和半圆形超声波换能器，使得设备能够有效的进行管道三维数据采集，避免了传统超声波探测器难以实现环形3d探测的缺陷；
17.2、通过设置伸缩杆和锁紧件，可有效架设超声波探测器，提高了设备的稳定性；
18.3、通过环形超声波换能器和半圆形超声波换能器，在使用的过程中不必旋转超声波探测器，降低了设备的操作难度；
19.4、通设置伸缩杆，可有效提高设备的适用范围；
20.5、通过设置无线路由单元可有效实现远程操作，避免了在设备周边操控的局限性。
附图说明
21.图1为实施例中一种超声波管道检测系统装置的结构示意图；
22.图2为实施例中一种超声波管道检测系统装置的电路原理框图；
23.图3为实施例中环形超声阵列探头结构俯视图；
24.图4为实施例中2d超声阵列探头俯视图。
25.图中：1、圆柱形外壳；2、半圆形外壳；3、电子仓；4、第一吸音材料层；5、环形超声波换能器；6、第二吸音材料层；7、半圆形超声波换能器；8、超声波主板；9、第一电力载波单元；10、环形超声波单元；11、半圆形超声波单元；12、第一脉冲调制电路；13、第一信号放大电路；14、第一发射接收阵列切换电路；15、第一滤波处理电路；16、第一adc单元；17、第一dma单元；18、第一sram单元；19、第二脉冲调制电路；20、第二信号放大电路；21、第二发射接收阵列切换电路；22、第二滤波处理电路；23、第二adc单元；24、第二dma单元；25、第二sram单元；26、抗拉电缆线；27、h型导向固定架；28、绕线器；29、前端主机；30、控制主板；31、第二电
力载波单元；32、无线路由单元；33、外部控制器；34、存储单元；35、三轴姿态传感器；36、gis模块；37、电池管理单元；38、锂电池；39、外设接口；40、中部横杆；41、伸缩杆；42、连杆；43、滑轮；44、锁定螺栓；45、u型板；46、锁紧螺栓；47、伺服电机驱动单元。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.实施例
28.结合图1
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4，本实施例提供一种超声波管道检测系统装置，传统的超声波检测系统多为多探头组合或机械转动的方式实现环形立体3d检测，存在体积大、效率低等缺陷，为了克服上述缺陷，在本实施例中首先针对超声波探测器进行了改良，其具体组成包括圆柱形外壳1和固定安装在圆柱形外壳1底部的半圆形外壳2，且两个壳体均由超声波可穿透的材料制成，圆柱形外壳1内由上而下依次安装有电子仓3、第一吸音材料层4、环形超声波换能器5、第二吸音材料层6和半圆形超声波换能器7，且半圆形超声波换能器7固定安装在圆柱形外壳1的底端且部分设置在半圆形外壳2内，半圆形外壳2与圆柱形外壳1底部活动连接，从而可便于对半圆形超声波换能器7的维修；
29.特别的，在本实施例中，电子仓3内固定安装有超声波主板8，超声波主板8依次连接有第一电力载波单元9、环形超声波单元10和半圆形超声波单元11，其中，环形超声波单元10的组成包括第一脉冲调制电路12、第一信号放大电路13、第一发射接收阵列切换电路14、第一滤波处理电路15、第一adc单元16、第一dma单元17和第一sram单元18，第一脉冲调制电路12和第一dma单元17分别与超声波主板8连接，第一脉冲调制电路12通过第一信号放大电路13与第一发射接收阵列切换电路14连接，第一dma单元17还与第一adc单元16和第一sram单元18分别连接，且第一adc单元16通过第一滤波处理电路15与第一发射接收阵列切换电路14连接，半圆形超声波单元11的组成包括第二脉冲调制电路19、第二信号放大电路20、第二发射接收阵列切换电路21、第二滤波处理电路22、第二adc单元23、第二dma单元24和第二sram单元25，第二脉冲调制电路19和第二dma单元24分别与超声波主板8连接，第二脉冲调制电路19通过第二信号放大电路20与第二发射接收阵列切换电路21连接，第二dma单元24还与第二adc单元23和第二sram单元25分别连接，且第二adc单元23通过第二滤波处理电路22与第二发射接收阵列切换电路21连接，环形超声波换能器5具体为由多个压电晶片等间距旋转分布形成的环形超声阵列探头结构，其横截面俯视图如图3，且环形超声阵列探头与第一发射接收阵列切换电路14连接，半圆形超声波换能器7具体为由多个压电晶片等间距二维排列在平面上形成的2d超声阵列探头结构，其俯视图如图4，且2d超声阵列探头与第二发射接收阵列切换电路21连接，图3和图4中的矩形代表压电晶片,n为个数，其余部分则为阻尼块。
30.通过上述设置，第一脉冲调制电路12和第一信号放大电路13用于调制和放大超声波主板8发射的脉冲信号，并经由第一发射接收阵列切换电路14激励环形超声阵列探头发射超声波，环形超声阵列探头接收的回波经第一发射接收阵列切换电路14、第一滤波处理
电路15和第一adc单元16后传给第一dma单元17，由第一dma单元17将采样的数据直接存放在缓冲数据区(即第一sram单元18)内，超声波主板8则通过第一dma单元17实现与数据缓冲区(即第一sram单元18)的访问；
31.同样的，第二脉冲调制电路19和第二信号放大电路20用于调制和放大超声波主板8发射的脉冲信号，并经由第二发射接收阵列切换电路21激励2d超声阵列探头发射超声波，2d超声阵列探头接收的回拨经第二发射接收阵列切换电路21、第二滤波处理电路22和第二adc单元23后传给第二dma单元24，由第二dma单元24将采样的数据直接存放在缓冲数据区(即第二sram单元25)内，超声波主板8则通过第二dma单元24实现与数据缓冲区(即第二sram单元25)的访问；
32.特别的，通过第一dma单元17和第二dma单元24的设置，来实现外设和存储器之间的高速数据传输，无需cpu干预，节省cpu资源；
33.环形超声阵列探头和2d超声阵列探头中的压电晶片的四周都是通过阻尼块起到支撑安放和阻尼(可以抑制不需要的振动和吸收杂波)的作用，阻尼块则是采用环氧树脂和钨粉混合制成。
34.特别的，在本实施例中，为了便于超声波探测器深入竖直的管道内对其进行探测，超声波探测器的顶端固定安装有底端与第一电力载波单元9连接的抗拉电缆线26，抗拉电缆起到吊挂超声波探测器和通讯的作用，且抗拉电缆线26的顶端依次穿过h型导向固定架27和绕线器28后与前端主机29连接，绕线器28与前端主机29连接。
35.通过上述设置，h型导向固定架27可架设在管道顶端，为超声波探测器深入管道起到支撑作用，同时绕线器28可有效的进行收放抗拉电缆线26，从而便于超声波探测器的上下行，而前端主机29则用于控制设备的整个运行。
36.特别的，抗拉电缆线26在本实施例中采用带屏蔽层的凯夫拉抗拉纤维两芯线缆。
37.特别的，在本实施例中，前端主机29的组成包括控制主板30和第二电力载波单元31，且绕线器28和第二电力载波单元31分别与控制主板30连接，抗拉电缆线26的顶端与第二电力载波单元31连接。
38.其中，绕线器28中的驱动电机为伺服电机，其通过伺服电机驱动单元47与控制主板30连接，达到精准控制超声波探测器行程的目的。
39.通过上述设置，超声波主板8和控制主板30之间通过第一电力载波单元9和第二电力载波单元31实现数据传输。
40.特别的，为了便于设备的远程操控，在本实施例中，控制主板30还连接有无线路由单元32，并通过无线路由单元32与外部控制器33连接。
41.特别的，为了便于存储数据、掌握超声波传感器整体姿态和位置信息等，在本实施例中，超声波主板8还连接有存储单元34、三轴姿态传感器35和gis模块36。
42.特别的，为了便于设备的移动使用及降低其对外部电路的依赖，在本实施例中，控制主板30还通过电池管理单元37与锂电池38连接。
43.特别的，为了便于外接其它设备，例如显示器、键盘等外设，在本实施例中，控制主板30还连接有安装外设接口39。
44.特别的，为了能够稳定架设超声波传感器整体，同时提高设备的适用范围，在本实施例中，h型导向固定架27具体由中部横杆40、两端可伸缩的伸缩杆41和多个连杆42构成，
两个伸缩杆41的中部通过中部横杆40连接，且两个伸缩杆41中处于同侧的伸缩节之间通过连杆42连接，中部横杆40上套设有滑轮43，且滑轮43上安装有可锁定其与中部横杆40相对位置的锁定螺栓44，抗拉电缆线26通过滑轮43与绕线器28连接。
45.通过上述设置，中部横杆40和多个连杆42可有效连接两个伸缩杆41，且滑轮43可有效的对抗拉电缆线26进行导向和降摩擦，同时两个伸缩杆41通过伸缩，可适应多种尺寸的管道，从而提高了设备的适用性；通过锁定螺栓44则可有效的调整超声波探测器的位置，便于操作途中调整设备，避免了移动h型导向固定架27整体的缺陷。
46.特别的，为了令h型导向固定架27能够有效架设在管道上，并在运行时保持相对位置不变，在本实施例中，每个伸缩杆41的两端上分别安装有一个锁紧件，且锁紧件具体由u型板45和锁紧螺栓46构成，u型板45的顶端与对应伸缩杆41的端部转动连接，其一侧臂上螺纹连接有锁紧螺栓46。
47.通过上述设置，当h型导向固定架27整体架设在管道上后，通过四个锁紧件中的u型板45卡设在管道侧壁上，然后通过旋紧锁紧螺栓46，令其紧顶管道侧壁，进而可令整个h型导向固定架27与管道紧密连接，从而可提高设备操作过程中的稳定性。
48.特别的，在本实施例中，超声波主板8和控制主板30均具体为stm32嵌入式arm芯片。
49.工作原理：
50.首先将h型导向固定架27架中的两个伸缩杆41根据管道的尺寸调整好，然后令u型板45卡在管壁顶部，通过锁紧螺栓46锁紧，之后固定绕线器28和前端主机29，然后借助滑轮43和抗拉电缆线26将超声波探测器放入管道内，通过锁定螺栓44调整滑轮43至目标位置，然后开启前端主机29控制绕线器28和超声波探测器工作，首先前端主机29中的控制主板30经第二电力载波单元31、抗拉电缆线26和第一电力载波单元9向超声波主板8发送控制信号，超声波主板8根据接收的信号控制环形超声波单元10和半圆形超声波单元11工作，具体的工作过程为：第一脉冲调制电路12和第一信号放大电路13用于调制和放大超声波主板8发射的脉冲信号，并经由第一发射接收阵列切换电路14激励环形超声阵列探头发射超声波，环形超声阵列探头接收的回拨经第一发射接收阵列切换电路14、第一滤波处理电路15和第一adc单元16后传给第一dma单元17，由第一dma单元17将采样的数据直接存放在缓冲数据区即第一sram单元18内，超声波主板8则通过第一dma单元17实现与数据缓冲区即第一sram单元18的访问；第二脉冲调制电路19和第二信号放大电路20用于调制和放大超声波主板8发射的脉冲信号，并经由第二发射接收阵列切换电路21激励2d超声阵列探头发射超声波，2d超声阵列探头接收的回拨经第二发射接收阵列切换电路21、第二滤波处理电路22和第二adc单元23后传给第二dma单元24，由第二dma单元24将采样的数据直接存放在缓冲数据区即第二sram单元25内，超声波主板8则通过第二dma单元24实现与数据缓冲区即第二sram单元25的访问；通过上述过程，超声波主板8通过第一电力载波单元9、抗拉电缆线26和第二电力载波单元31将获取的数据发送给控制主板30，控制主板30经无线路由单元32将采集的数据发送给外部控制器33，外部控制器33也可经无线路由单元32操控控制主板30；
51.在上述过程中，存储单元34可存储采集的数据，三轴姿态传感器35可感知超声波探测器的姿态并经超声波主板8发送给外部控制器33，gis模块36则可感知设备的位置信息等，锂电池38可经电池管理单元37为设备供电，操作人员可通过外设接口39调整设备参数
等。
52.同时在采集数据的过程中，控制主板30通过伺服电机驱动单元47可驱动绕线器28中的伺服电机，进而可经绕线器28控制超声波传感器的高度。
53.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。